Research press release

【電子工学】昆虫から着想した空飛ぶロボット

Nature

Electronics: Insect-inspired flying robots

昆虫から着想した飛行ロボット(「RoboBee X-Wing」)が外部電源をつながず持続飛行できることを実証した論文が、今週掲載される。この小型ロボットは、長さが5センチメートル未満、重さはわずか259ミリグラムで、環境モニタリングや狭い空間での飛行に役立つ可能性がある。

飛行体(特に小型飛行体)は大量のエネルギーを必要とするが、リチウムイオン電池などの市販の電源の重量は、昆虫大の飛行体の目標質量の数倍に達することがある。そのため、このような飛行ロボットは、外部電源とケーブルで接続されている必要があった。こうした電源に代わる新たな電源として、太陽電池が関心を集めているが、最新技術を用いた飛行体が外部電源をつながずに飛行するためには太陽の光強度の約5~7倍という極めて高い強度の光が必要で、実用性に欠ける。

今回、Noah Jafferis、Farrell Helblingたちの研究グループは、先行研究に基づいた飛行体を設計することで、これらの問題のいくつかに取り組んだ。著者たちは、アクチュエーターの効率を高め、2枚ではなく4枚の羽ばたき翼を用いて、必要なエネルギー量を大幅に増やさずに揚力を増加させた。この飛行体の推力効率は、ほぼ同サイズの昆虫に匹敵する。また、試験中の飛行体の寿命を延ばすために低電圧で実施されたこの実験で、RoboBee X-Wingは外部電源をつながずに約0.5秒間持続飛行した。

著者たちは、屋外での連続飛行を実現するためにはさらなる改良が必要だと述べており、この飛行体が離陸するために十分な電力を生み出すには太陽の光強度の3倍を超える強い光が必要だが、この飛行体の最大積載量には余裕があり、今後の自律飛行実験に用いる大型電源を搭載できる可能性があると付言している。

Sustained flight of an untethered flying-insect-inspired robot named the RoboBee X-Wing has been demonstrated in a paper in Nature this week. The small robot is less than five centimetres long, weighs just 259 milligrams, and might be useful for environmental monitoring or navigation in confined spaces.

Flying vehicles have high energy requirements, especially at small scales. Commercially available power sources, such as lithium-ion batteries, can weigh up to several times the desired mass of an insect-sized vehicle; as a result, such robots have needed to be tethered to off-board power supplies. Solar cells are an attractive alternative power source, but for state-of-the-art vehicles untethered flight would require impractically large light intensities, around 5-7 times the intensity of the Sun.

Noah Jafferis, Farrell Helbling and colleagues address some of these issues with a vehicle design that builds on prior work. They improve the actuator efficiency and use four flapping wings (instead of two) to increase the lift force without substantially increasing the power requirements. Its thrust efficiency matches that of similarly sized insects. At the low voltages used in this experiment to improve the lifetime of the vehicle during testing, the robot achieves sustained untethered flight for approximately half a second.

Further improvements are needed to enable continuous outdoor flight, the authors note; the vehicle requires intense light to generate sufficient power for take-off (over three times the intensity of the Sun). However, they add that their vehicle has an extra payload capacity that could carry a larger power supply for future autonomous flight experiments.

doi: 10.1038/s41586-019-1322-0

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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